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基于TC534的數據采集卡設計
摘要：TC534是美國加恒公司研制的專(zhuān)配微處理器的可編程精密數據采集系統，可廣泛用于智能化測量系統及工業(yè)過(guò)程控制等領(lǐng)域。它集成了多路轉換器，精密A/D轉換器，狀態(tài)邏輯控制器，振蕩分頻器，串行口等，具有很高的性?xún)r(jià)比，可靠性和穩定性好，使用方便。引言
數據采集常用的器件一般有：多路模擬開(kāi)關(guān)，采樣和保持電路，A/D轉換器，D/A轉換器，分頻器，計數器/定時(shí)器，串行口等，這些器件都具有相對的獨立性，它們可以根據不同的使用要求組成不同的采集電路。作為普適性的器件，在結構較簡(jiǎn)單系統中是實(shí)用的，也是比較經(jīng)濟的。但隨著(zhù)更高要求的數據采集系統，尤其是智能化裝置中的數據采集系統的發(fā)展，如果繼續采用一般的器件，就可能會(huì )造成整個(gè)系統無(wú)論是硬件電路，還是控制軟件，都較龐大，復雜，而且也可能引起系統可靠性，穩定性，經(jīng)濟性等方面的問(wèn)題。
TC534是美國加恒公司研制的專(zhuān)配微處理器的可編程精密數據采集系統，可廣泛用于智能化測量系統及工業(yè)過(guò)程控制等領(lǐng)域。
* TC534的性能特點(diǎn)
1.TC534是集成了多路轉換器，精密A/D轉換器，狀態(tài)邏輯控制器，振蕩分頻器，串行口等部分的大規模集成電路形式的單片數據采集系統，具有很高的性?xún)r(jià)比。TC534為4通道輸入芯片，能采集4路差動(dòng)輸入的模擬信號，信號幅度最大為±4.2V。
2.集成的精密雙積分式A/D轉換器（其超量程位可達17位），其自動(dòng)調零誤差，非線(xiàn)性誤差和翻轉誤差分別為0.005%FS，0.015%FS，0.03%FS(FS代表滿(mǎn)量程值)，可完成高準確度的A/D轉換。
3.具有數據輸入，數據輸出，數據時(shí)鐘等3線(xiàn)的串行口和讀寫(xiě)控制端，很容易實(shí)現與微機的連接。串行口中還包括輸入/輸出移位寄存器，CPU可通過(guò)相應的串行口進(jìn)行編程，并可設定自動(dòng)調零，正向積分的時(shí)間及轉換速率，以適應不同使用場(chǎng)合所需。
4.具有自動(dòng)轉換極性(POL)，超量程檢測(OVR)功能。利用片內高效DC/DC電源轉換器能獲得-5V電源，除了提供內部多路轉換器使用外，還可輸出10mA電流，供外部電路（如運算放大器，模擬開(kāi)關(guān)等）使用。
5.低功耗。采用 5V單電源供電，最大工作電流僅5mA，功耗不超過(guò)25mW。
* TC534工作原理
1.管腳功能
TC534采用的是DIP—40封裝方式，其管腳排列如下圖。
圖
V ,COM管腳分別是A/D轉換器和DC/DC負電源變換器的正電源端和模擬地。V-,AGND,OSC管腳依次為DC/DC負電源變換器的-5V輸出端，模擬地，外接振蕩電容端。AGND可與COM連通。CAP ,CAP-接充電泵電容的正負兩極。Vcc和DGND管腳分別為串行口的正電源端和接地端。通常Vcc接V ，DGND接μP的地端。CINT,CAZ,BUF分別接積分電容CINT，自動(dòng)調零電容CAZ，積分電阻RINT。CREF ,CREF-接基準電容的正負兩端。CH1 和CH1-—CH4 和CH4-是通道1—通道4的差動(dòng)模擬信號正負輸入端。A1,A0為多路轉換器的通道地址線(xiàn)，其中A0為低位地址線(xiàn)。OSC1,OSC0是外接2MHz石英晶體端。DIN是串行輸入端，由μP設定的自動(dòng)調零及正向積分時(shí)間由該端輸入，并且設定值首先進(jìn)入輸入移位寄存器的最低有效位。上電后經(jīng)過(guò)初始化，即可隨時(shí)重新輸入或修改設定值。DOUT為串行數據輸出端，僅當R/ =1時(shí)輸出有效。DCLK為串行時(shí)鐘端，串行時(shí)鐘最高頻率為3MHz。當R/ =1（高電平）時(shí)，在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿時(shí)刻，A/D轉換數據就從DOUT端輸出，并將下一位數據移至此端；當R/=0時(shí)，對應于每個(gè)時(shí)鐘的上升沿，設定值經(jīng)端寫(xiě)入TC534中。讀寫(xiě)控制端R/=1時(shí)進(jìn)行讀操作，反之為寫(xiě)操作。為A/D轉換結束標志，每次A/D轉換結束之后，該端輸出一個(gè)負脈沖，可向μP申請中斷，實(shí)現讀操作。R為復位端，上電時(shí)應使R=1，A/D轉換器進(jìn)入自動(dòng)調零階段；R=0時(shí)允許A/D轉換。利用上電復位電路（或μP）發(fā)出復位信號。在改變多路轉換器地址線(xiàn)時(shí)，μP也應產(chǎn)生復位信號，使A/D轉換暫停。此外，在發(fā)出加信號時(shí)必須令R=1，以免出現錯誤信息。
2.工作原理
TC534的原理框圖如圖。
TC534原理圖
從圖中可以看到，TC534主要包括5部分：
1)多路轉換器。由多路模擬開(kāi)關(guān)構成。改變地址碼A1,A0，就可選擇不同的通道。使用中常采用差動(dòng)輸入的形式，如需改成單端輸入時(shí)，應將CH1-—CH4-端接到COM端。
2)雙積分A/D轉換器。TC534采用的是雙積分A/D轉換器，內含緩沖器，積分器和比較器。每個(gè)轉換周期分4個(gè)階段進(jìn)行，即自動(dòng)調零（AZ），正向積分(INT)，反向積分(DE)，積分器調零(IZ)。
3)狀態(tài)邏輯控制器及振蕩分頻器。此部分能夠根據比較器輸出的電壓大小及其極性，適時(shí)地發(fā)出控制信號A,B，以保證A/D轉換按規矩順序與編程要求來(lái)進(jìn)行�？刂破骼镞�有定時(shí)器（可預置時(shí)基計數器），用來(lái)接收串行口送來(lái)的設定值。振蕩器外接來(lái)自2MHz石英晶體的時(shí)鐘頻率，再通過(guò)4分頻作為內部的時(shí)基，對A/D轉換進(jìn)行定時(shí)。
4)串行口。串行口中包括串行輸入和串行輸出移位寄存器。
5)DC/DC負電源變換器。為將正壓直流輸入變?yōu)樨搲褐绷鬏敵龅牟糠�，利用振蕩器，模擬開(kāi)關(guān)和泵電容來(lái)實(shí)現電壓極性轉換。
* TC534精密數據采集系統
TC534芯片與微處理器連接構成基本的數據采集與控制系統的原理如圖所示。
TC534的典型應用
如圖所示，作為中斷信號接到微處理器的端，再將串行口的R/，DOUT，DIN和DCLK端分別接到微處理器的I/O1—I/O4端。剛上電時(shí)，由于C1兩端的壓降不可能發(fā)生突變，使得R端產(chǎn)生一個(gè)正向脈沖，將TC534復位（若C1=0.01μF，能產(chǎn)生脈沖寬度為100ms的復位信號）。2MHz石英晶體JT接在OSC1，OSC0之間。C2，C3是-5V電源發(fā)生器的充電泵電容�；鶞孰妷菏怯蒚C04提供的1.25V的基準電壓源，經(jīng)多圈電位器RP分壓后得到。R為限流電阻。
積分器最大輸出電流為20μA，所以積分電阻RINT的值為：
RINT=VM/IINT=VM/(20×10-6) .................
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